空气质量测试仪制作

作为单片机应用教学，我们着眼于综合知识的集成应用，下面我们通过自制pm2.5检测仪过程掌握arduino相关接口电路，1602液晶显示屏显示数据，L298N电机控制板，手机蓝牙控制，混色LED灯，灰尘传感器以及相关用到的arduino编程语言。

对于激光式灰尘传感器，基本原理是传感器让空气自由流过（一些空气测试仪内部有小风扇起到空气流通的作用，在这里我们用来回走动的方式代替小风扇），定向发射LED光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。灰尘传感器市面上较为普及的是高精度的攀藤 G5 PMS5003传感器（那个宝价约88元）和较为便宜的夏普SHARP GP2Y1010AU0F型灰尘/粉尘传感器（那个宝价约25元），出于普及的考虑我们选用了SHARP GP2Y1010AU0F型灰尘/粉尘传感器。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg

灰尘传感器接线            Arduino 接线

1        Vled          –>    5V (先接150欧姆电阻，再接5v，买传感器时有配套)

2        LED-GND  –>   GND（接地）

3        LED           –>    Digital pin2 (Arduino板子上数字D2端)

4        S-GND  黄色     –>    GND（接地）

5         Vo    黑色         –>   Analog pin 0(Arduino板子上模拟A0端)

6        Vcc   红色        –>    5V

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

粉尘浓度dustdensity= 0.17 * voltage - 0.1;//大概的线性函数关系。

在图上可看到粉尘浓度超过0.5mg/m3的时候，传感器输出的电压受到限制，不会无限增高，也就超出了传感器的有效测量范围。这也就是我们常说的爆表：pm2.5超过500ug/m3（1mg=1000ug）。

到这里，其实我们已经可以测试空气中的粉尘浓度了，只不过要和电脑连线，通过arduino软件的串口监视器功能得到电压数据，来检测空气质量，因为用电脑的显示器作为输出，所以移动性和便携性较差。但此时的硬件成本最低，算是空气检测仪的最小系统。

使用简化版本的软件代码如下:

// 定义使用nano的A0端，连接灰尘传感器5号线

int dustPin=0;

float dustVal=0;

// 定义使用nano的Digital pin 2端，连接灰尘传感器3号线

int ledPower=2;

intdelayTime=280;

intdelayTime2=40;

float offTime=9680;

void setup(){

Serial.begin(9600);

pinMode(ledPower,OUTPUT);

pinMode(dustPin,INPUT); }

void loop(){

// ledPower isany digital pin on the arduino connected to Pin 3 on the sensor

digitalWrite(ledPower,LOW);

delayMicroseconds(delayTime);

dustVal=analogRead(dustPin);

delayMicroseconds(delayTime2);

digitalWrite(ledPower,HIGH);

delayMicroseconds(offTime);

delay(1000);

if(dustVal>36.455)

Serial.println((float(dustVal/1024)-0.0356)*120000*0.035);

}

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg

测试得到的数据和空气质量对照：

3000 + = 很差

1050-3000 = 差

300-1050 = 一般

150-300 = 好

75-150 = 很好

0-75 = 非常好

为了能让空气检测仪脱离电脑连线独立工作，我们还要再加上一个LCD1602液晶屏。

1602 LCD液晶屏（焊好排线的1602屏那个宝价约7.5元，没焊排线的约4.9元）

1602液晶屏带ic端，ic端把上述连线封装了，导出用到了总线技术显示，简化为4个接口，正接正极5v，负接和负极，sda接nano板子的sda管脚即A4管脚，见前面电路图sda管脚，scl管脚接nano板子的scl管脚即A5管脚。Scl是时钟，sda是数据，总线技术是把很多数据量按时钟顺序，分批次传给nano板子。因为时间片很快，人感觉不到延迟。这样管脚占用就少了很多。

按上图连接线路后，1602的模块测试代码如下；

#include<Wire.h>

//#include<LiquidCrystal_I2C.h> //引用I2C库  

  #include "LiquidCrystal_I2C.h"

//设置LCD1602设备地址，这里的地址是0x3F，一般是0x20，或者0x27，具体看模块手册  

LiquidCrystal_I2Clcd(0x27,16,2);   

voidsetup()  

{  

  lcd.init();                  // 初始化LCD  

  lcd.backlight();             //设置LCD背景等亮  

}  

void loop()  

{  

  lcd.setCursor(0,0);                //设置显示指针  

  lcd.print("LCD1602 iic Test");     //输出字符到LCD1602上  

  lcd.setCursor(0,1);  

  lcd.print("         by L.L.");  

  delay(1000);

}  

对于有些I2C接口的硬件来说，可以用以下代码查到对应的I2C硬件地址，下列程序可以把I2C接口的硬件地址打印到串口监视器里：

#include<Wire.h>

voidsetup(){  

  Wire.begin();

  Serial.begin(9600);  

  Serial.println("\nI2CScanner");  

}  

voidloop(){  

  byte error, address;  

  int nDevices;

  Serial.println("Scanning...");  

  nDevices = 0;

  for (address = 1; address < 127; address++){  

    // The i2c_scanner uses the return valueof  

    // the Write.endTransmisstion to seeif  

    // a device did acknowledge to theaddress.  

    Wire.beginTransmission(address);  

    error = Wire.endTransmission();  

    if (error == 0){  

      Serial.print("I2C device found ataddress 0x");  

      if (address < 16)  

        Serial.print("0");  

      Serial.print(address, HEX);  

      Serial.println(" !");  

      nDevices++;  

    }else if (error == 4){  

      Serial.print("Unknow error ataddress 0x");  

      if (address < 16)  

        Serial.print("0");  

      Serial.println(address, HEX);  

    }  

  }  

  if (nDevices == 0)  

    Serial.println("No I2C devicesfound\n");  

  else  

    Serial.println("done\n");  

  delay(5000); // wait 5 seconds for nextscan  

}